JPH0943433A - 液晶表示器のための導光板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の導光板は、導入口から導入した光を出
射面から出射する構造にあって、出射面における出射光
の高い均一性と高い放射能率を両方とも満たすのが困難
であり、かつ導光板を量産する場合に光学的に安定した
ものが得にくい。 【解決手段】 導光板の出射面と反射面に凹凸による拡
散パターンを設けるとともに、両面の拡散パターンの単
位面積あたりの密度を導入口からの距離によって変化さ
せるようにした。出射面と反射面の拡散パターンは、共
同して導光路を伝搬する光を拡散させる。両面の拡散パ
ターンは、出射光の均一性を維持し、かつ高い放射効率
を得る作用がある。従って、凹凸は浅くて良く、光学特
性の安定した導光板を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータの表
示部分に使用される液晶表示装置の構成要素である導光
板を改良する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータが出力する文字や図形など
の画像を表示する装置として、液晶表示装置がある。液
晶表示装置は、液晶板部分と照明部分から構成される。
液晶板部分は、コンピュータからの出力に応じて画像を
形成する。液晶板部分は、液晶板部分を透過する光の量
を画像のパターンに応じて遮ることによって画像を形成
する。液晶板部分自体は、自分で発光することはない。
照明部分は、液晶板部分を液晶表示装置の裏面から照明
する。

【０００３】液晶表示装置の照明部分は、液晶表示装置
の重要な部分であり、一般的に次のような課題を持って
いる。 （１）液晶板部分の全面で均一な輝度が得られること
（輝度均一性）。 （２）十分な輝度が得られること（放射能率）。 （３）光に余分な色がつかないこと（無色性）。 もし、輝度均一性がよくない場合は、液晶板部分を透過
する光にむらが生じる。光のむらは、液晶表示装置の品
質を著しく損なう。また、放射能率がよくないと同一の
輝度を得るために、大きな発光量の光源を必要とする。
発光量の大きな光源は、一般的に寸法が大きく、消費電
力が大きくかつ発熱も大きい。発光量の大きな光源を必
要とする液晶表示装置は、機器の寸法の小型化の障害と
なる。無色性を維持するのは、特に液晶表示装置がカラ
ーである場合に重要である。光の色は、大部分は光源の
色特性に依存するが、少なくとも照明部分の光学経路で
光に色がついてはならない。従来の代表的な照明部分
は、光源、導光板及び拡散板の３つの部分から構成され
る。光源は、直径が５ｍｍ程度で長さが２２０ｍｍ程度
の冷陰極管発光体である。導光板は、厚みが３ｍｍ、長
辺が２２０ｍｍ、短辺が１６５ｍｍ程度の長方形のアク
リル樹脂の板である。拡散板は、梨地加工を施した光を
透過する０．１ｍｍ程度の厚みをもったシートである。
導光板の一辺には、光源が接するように配置される。導
光板の光源が配置される辺を導入口という。光源から放
射された光は、導入口から導光板の内部に進入する。導
光板の２つの平面のうち、一面は出射面にあてられ、他
の一面は反射面にあてられる。出射面には拡散板が重ね
られ、反射面には反射板が密着して配置される。液晶板
部分は、出射面側に置かれる。このような構成で、導入
口から進入した光は、放射面と反射面の間で複雑な反射
を繰り返しながら導光板内部を伝搬する。導光板の出射
面及び反射面は、原則としては均一かつ平滑である。導
光板の出射面から光を出射させるには、出射面又は反射
面に光が拡散する拡散部分を設ける必要がある。出射面
に拡散部分を設けるには、出射面に凹凸による拡散パタ
ーンとして微小なプリズムを形成するか、又は梨地加工
を施す。反射面に拡散部分を設けるには、反射面に凹凸
による拡散パターンとして微小なプリズムを形成する
か、又は梨地加工を施す。また、反射面に拡散部分を設
けるには、反射面に反射パターンとして不透明な白色塗
料を付着させてもよい。

【０００４】特開平０４−２６８５０６には、導光板の
放射面から光を放射させるために、導光板の反射面に光
散乱反射板を配置したり、出射面に光拡散層を形成する
技術が開示されている。特に特開平０４−２６８５０６
には、輝度均一性を得るために、光を拡散させる割合を
光源からの距離に応じて徐々に変化させるようにする技
術が開示されている。また、特開平０４−２３４７２９
には、輝度均一性を得るために、導光板の厚みが光源か
らの距離に応じて徐々に変化するようにした技術が開示
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】導光板の一般的な課題
である輝度均一性と放射能率は両立しにくい。輝度均一
性を得ようとすると放射能率が低下する傾向にある。一
方、放射能率を上げようとすると輝度均一性を得るのが
困難になる傾向がある。また、導光板の出射面から光を
出射させるには、導光板の出射面又は反射面に光を拡散
するための凹凸による拡散パターンを設けることにより
行うが、凹凸による拡散パターンを微小なプリズムの形
成や梨地加工の形成によって形成する場合は、量産時の
光学特性を安定して得ることが難しい。輝度均一性と放
射能率を両立させるのが困難な原因と、量産時の光学特
性の安定性がよくない原因は共通の原因に基づく。すな
わち、光を拡散させるために形成した凹凸による拡散パ
ターンとしての微小なプリズムや梨地加工の寸法精度
は、光学特性に大きな影響がある。アクリルなどの樹脂
の表面に微小なパターンを精度良く安定して形成するの
は成型時の温度、成形の時間などの制御が難しく困難で
ある。特に、凹凸による拡散パターンの密度が緻密でか
つ表面からの深さが深い場合は安定した寸法の凹凸によ
る拡散パターンを繰り返し再現するのが難しい。さら
に、導光板に厚さが薄い部分があると、反りが発生しや
すい。反りが発生した導光板は、液晶表示装置の部品と
しては不適当である。本発明は、導光板を改良すること
により、輝度均一性を得ながら高い放射効率を維持し、
かつ量産時に安定した光学特性を持ち、かつ反りの発生
しにくい導光板を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、導光板の光を
拡散させるための拡散部分を出射面と反射面の両方に設
けるようにした。また、出射面と反射面に設けた拡散部
分は、導光板の導入口に配置した光源からの距離に応じ
てパターンが徐々に変化するように設けるようにした。
出射面と反射面に設けた拡散部分は、両方とも光を拡散
させる作用があるが、パターンの変化は、相互に出射面
の輝度を均一化するように作用するようにした。さら
に、導光板の導光路の断面積は、光源からの距離に応じ
て徐々に変化するようにした。このようにすることによ
って、拡散板の出射面と反射面に設けた拡散部分は、従
来の拡散板と比較して拡散部分として設けた凹凸による
拡散パターンの形状がパターンを容易に形成できるよう
な寸法とすることができ、安定した導光板の生産が可能
となる。また、輝度均一性が安定して得られるため、放
射能率の高い拡散部分の形成をすることが可能となり、
結果的に輝度均一性と高い放射効率をもった拡散板を提
供することができる。また、導光板の表面に凹凸による
凹凸による拡散パターンを出射面と反射面の両方に設け
たことにより、導光板の反りが減少する

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を実施した液晶表
示器のための導光板の外観図である。導光板１は、アク
リルなどの透明な合成樹脂を素材とする長方形の板であ
る。２は、導入口である。導入口２は、導光板１の一辺
に設けられている。導光板１は、２つの平面を備えてい
る。第１の平面は出射面３であり、第２の平面は反射面
４である。５は導光路である。導入口２から導光板１に
進入した光は、出射面３及び反射面４の間に形成された
導光路５を伝搬する。６は、出射拡散量調整手段であ
る。出射拡散量調整手段６は、出射面３の表面に設けら
れた凹凸による拡散パターンとしての微細な凹凸であ
る。７は、反射拡散量調整手段である。反射拡散量調整
手段７は、反射面４の表面に設けられた凹凸による拡散
パターンとしての微細な凹凸である。出射拡散量調整手
段６と反射拡散量調整手段７は、導入口２からの距離に
応じてその凹凸による拡散パターンの凹凸の状態が変化
する。また、導光路５の断面積は、導入口２からの距離
に応じて徐々に変化する。

【０００８】図２は、液晶表示器と導光板を組み合わせ
た表示装置の断面図である。８は光源である。光源８
は、多くの場合は白色の冷陰極管が使用される。光源８
は、導光板１の導入口２に接するように配置される。光
源８から放射された光は、導入口２から導光板１の内部
に入り、導光路５を伝搬する。９は反射板である。反射
板９は、反射面４に接するように配置される。反射板９
は、反射面４に接する側が白色に着色された滑らかな表
面を持つ平板である。１０は拡散板である。拡散板１０
は、導光板１の出射面３に密着して配置される。拡散板
１０は、透明な樹脂製のシートであり、表面には微小な
プリズム又は梨地加工が施されている。拡散板１０の表
面に加工されるプリズム又は梨地の大きさは、目視でそ
のプリズムのエレメント又は梨地のパターンが判別出来
ない程度である。１１は液晶表示器である。また、導光
路５の断面積は、導入口２に近いほうで広く、導入口２
かに離れるに従って狭くなっている。図２に示した液晶
表示器において、光源８から放射された光は、導入口２
から導光路５に進入し、導光路５を伝搬する。導光路５
を伝搬する光は、反射拡散量調整手段４及び出射拡散量
調整手段６で拡散し、出射面３から拡散板１０に向けて
出射する。拡散板１０に到達した光は、拡散板１０によ
ってさらに拡散され液晶表示器１１に向けて伝搬する。

【０００９】図１に示した導光板１は、金型に樹脂を流
し込むことによって製造する。導光板１の出射拡散量調
整手段６及び反射拡散量調整手段７は、導光板１を成形
する金型に予め加工を施しておき、導光板１の原料を金
型に流し込み、導光板１の成形と同時に拡散量調整手段
６、７も形成されるようにする。導光板１を成形する金
型は、出射面３及び反射面４に対応する部分に凹凸によ
る拡散パターンとしての微小なプリズムや梨地加工を施
す。

【００１０】図３は、凹凸による拡散パターンとしての
微小なプリズムを形成する工程を示したものである。１
２は工具であり、１３は金型である。金型１３は、導光
板１の出射面３又は反射面４を成形するのに用いられる
が、ここでは反射面４を形成する場合について説明す
る。出射面３を形成する金型も、金型１３を加工する場
合と同様にして加工することができる。工具１２は、微
小プリズムと同一の角度を持った先端を備えている。工
具１２は、図示しない移動装置によって金型１３の表面
に押し当てられるようになっている。金型１３の表面に
は、工具１２によって、多数のプリズム型１４が形成さ
れる。金型１３の表面は、平滑な部分である平滑型１５
とプリズム型が形成された部分であるプリズム型１４で
構成される。反射面４に形成する反射拡散量調整手段６
は、平滑型１５とプリズム型１４の割合で実現する。例
えば、プリズム型１４の寸法がどのプリズム型も同一で
あるとすれば、反射拡散量の調整は、単位面積あたりの
プリズム型１４の個数で行うことができる。また、プリ
ズム型１４の寸法を異ならせることによって拡散量の調
整を行うことが出来る。

【００１１】図４は、金型１３に凹凸による拡散パター
ンとしての梨地加工を施す場合の例である。金型１３の
表面を梨地に加工するには、金型１３の平滑な面１５に
向けて堅いボール１８を高速で衝突させる。ボール１８
が平滑な面１５に衝突すると、金型１３の表面には、凹
凸による拡散パターンとしての目１７が形成される。反
射面４の反射拡散量を調整するには単位面積あたりのボ
ール１８の衝突量を調整することによって行う。ボール
１８の衝突量を多くすれば、金型１３の表面は殆ど目１
７で埋まり、平滑な面１５の面積は少なくなる。ボール
１８の衝突量を少なくすれば、平滑な面１５の比率が多
くなる。反射拡散量は、目１７が多いほうが、少ない場
合よりも多くなる。金型１３の梨地加工をボール１８で
行う場合は、図３に示した工具１２によるプリズム型１
４と異なり、目１７の寸法を制御するのは難しい。目１
７の寸法は、ボール１８の素材、寸法及び速度によって
異なるが、拡散量の調整は金型１３の単位面積あたりの
目１７の数で行うのが望ましい。

【００１２】図５は、図４に示した金型１３を梨地加工
するときのボール１８を示したものである。金型１３を
梨地加工する場合に、ボール１８以外に、砂１９を用い
ることもできる。ボール１８は、概ね寸法が同一のガラ
ス球であり、直径は１００ミクロン程度である。ボール
１８を金型１３に衝突させると、ほぼ半円球の目１７が
形成される。砂１９は、ボール１８と異なり、いくぶん
寸法にばらつきがあり、かつその周辺は鋭角な角を持っ
ている。砂１９が金型１３に衝突すると、くぼみ２０が
形成される。くぼみ２０は、目１７と異なり、大きさが
不均一で、かつ形状にばらつきがある。金型１３に梨地
加工をほどこし、かつ反射拡散量の調整を行うには、ボ
ール１８で金型１３を加工する他、砂１９によって加工
するのも有効であり、かつこれらを組み合わせて行うの
も有効である。

【００１３】図６は、導光板１の出射面３に設けた出射
拡散量調整手段６の例を示したものであり、図７は導光
板１の反射面４に設けた反射拡散量調整手段７の例を示
したものである。図６及び図７に示した導光板１は同一
のものであって、図６は出射面３側から、図７は反射面
４側から見たものである。導光板１は、導入口２を上に
して示してあり、導光板１は、導入口２のある辺２１及
び辺２１と対抗する辺２２の長さが２２０ｍｍで、辺２
１と直角の辺２３及び２４の長さが１６５ｍｍであり、
かつ導入口２の厚みが３ｍｍ、辺２２側の厚みが１ｍｍ
の透明のアクリル樹脂を素材とした導光板の例を示す。

【００１４】図６に示したグラフは、横軸に単位面積あ
たりの凹凸による拡散パターンとしてのプリズム型１
４、目１７又はくぼみ２０の個数をとり、縦軸に導入口
２からの距離をとって、グラフとして示したものであ
る。放射拡散量調整手段６たる凹凸による拡散パターン
としてのプリズム型１４、目１７又はくぼみ２０の単位
面積あたりの個数は、導入口２の部分から遠くなるに従
って徐々に増加するようにするのが望ましい。線２５
は、単位面積あたりの放射拡散量調整手段６としてのプ
リズム型１４、目１７又はくぼみ２０の単位面積あたり
の個数を模式的に示したものである。

【００１５】図７に示したグラフは、図６と同様に、横
軸に単位面積あたりの凹凸による拡散パターンとしての
プリズム型１４、目１７又はくぼみ２０の個数をとり、
縦軸に導入口２からの距離をとって、グラフとして示し
たものである。反射拡散量調整手段７たる凹凸による拡
散パターンとしてのプリズム型１４、目１７又はくぼみ
２０の単位面積あたりの個数は、導入口２の部分から遠
くなるに従って徐々に増加する。線２６は、単位面積あ
たりの放射拡散量調整手段６たる凹凸による拡散パター
ンとしてのプリズム型１４、目１７又はくぼみ２０の単
位面積あたりの個数を模式的に示したものである。線２
６に示すように、反射拡散量調整手段７は、導入口２か
ら１２０ｍｍ程度の距離までほとんど存在せず、１２０
ｍｍ以降から辺２２までの間で徐々に増加している。

【００１６】放射拡散量調整手段６と反射拡散量調整手
段７を形成するための金型を作成するには、実際に導光
板１を成形してみて、出射光の状態を確認しながら凹凸
による拡散パターンとしての単位面積あたりのプリズム
型１４、目１７又はくぼみ２０の個数を調整する。すな
わち、（１）導光板の成形 金型によって導光板１を成形する。 （２）液晶表示装置の組立 成形した導光板１を液晶表示装置として組み立てる。 （３）出射光の測定 液晶表示装置の放射能率と輝度均一性を測定する。 （４）金型の修正 測定結果に基づいて金型を修正する。 という４つの工程を繰り返しながら金型を完成させる。
凹凸による拡散パターンとしてのプリズム型１４、目１
７又はくぼみにおいて、導光路５を伝搬する光を拡散さ
せる拡散量は、凹凸による拡散パターンの単位面積あた
りの個数に依存するが、その他に凹凸による拡散パター
ンの個々の寸法にも依存する。例えば図３に示すプリズ
ム型１４の深さ２７、図５に示す目１７の深さ２８及び
くぼみ２０の深さ２９は、深いほうが拡散量が多い。

【００１７】図８及び図９は、ボール１８によって目１
７を形成した金型１３によって、アクリル樹脂を成形
し、導光板１を形成する場合の凹凸による拡散パターン
の成形の精度を比較したものである。図８は、目１７の
中に導光板１の樹脂が十分に流れ込んでおり、精密な凹
凸による拡散パターン１７１が形成されている状態を示
す。図９は、目１７の中に導光板１の樹脂が十分に流れ
込んでおらず、パターン１７２と目１７の間に隙間１７
３が形成されている状態を示す。図８に示す状態と図９
に示す状態は、金型１３の温度や成形時間などによって
微妙に変化する。目１７の寸法が微小でかつ平滑な面１
５から深さ２８が深い場合は、図９に示すように、樹脂
と金型の間に隙間１７３が形成されやすい傾向にある。
また、隙間１７３の寸法は一定しないのが一般的であ
る。導光板１を成形するたびに隙間１７３の寸法が変化
すると、パターン１７２の形状も変化することになる。
凹凸による拡散パターン１７２の寸法は、出射拡散量調
整手段６又は反射拡散量調整手段７を構成するとき、導
光板１の光学的な特性に大きな影響がある。しかし、本
発明を実施した導光板は、出射拡散量調整手段６及び反
射拡散量調整手段７の相互作用によって拡散量を調整し
ているため、凹凸による拡散パターンの寸法にばらつき
があっても、輝度均一性がくずれにくい。また、図８及
び図９に示す目１７の深さ２８は、導光板１が出射拡散
量調整手段６及び反射拡散量調整手段７の両方によって
必要な拡散量を得ているため、浅くすることが可能とな
る。その結果、凹凸による拡散パターンの寸法にばらつ
きの少ない導光板１を得ることができる。図８及び図９
は、目１７の例を示したが、凹凸による拡散パターンが
プリズム型１４、くぼみ２０若しくはそれらの組み合わ
せであっても同様の効果が得られる。

【００１８】さらに、図６に示す導光板１は、辺２１よ
りも辺２２の厚さが薄くなっているが、このような厚み
が均一でない導光板は、金型で成形した場合に反りが発
生しやすい傾向がある。しかし、図６及び図７に示すよ
うに、出射面３及び反射面４の両方に凹凸による拡散パ
ターンを設けることにより、反りが発生しにくくなり、
導光板１の生産が容易になるという格別の効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の外観図

【図２】液晶表示装置の構造説明図

【図３】凹凸による拡散パターンの金型の例

【図４】凹凸による拡散パターンの金型の例

【図５】凹凸による拡散パターンの金型の例

【図６】出射面の拡散パターンの分布

【図７】反射面の拡散パターンの分布

【図８】拡散パターンの成形の例

【図９】拡散パターンの成形の例

【符号の説明】

１ 導光板 ２ 導入口 ３ 出射面 ４ 反射面 ５ 導光路 ６ 出射拡散量調整手段 ７ 反射拡散量調整手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示器を背面から照明するために、光
   源からの光を導き、前記液晶表示器の背面に配置され、
   前記液晶表示器に向けて光を放射するための導光板にお
   いて、 前記光源から光を導入するための導入口と、前記導入口
   から導入した光を案内するための導光路と、前記導光路
   に沿って前記液晶表示器側に配置され、前記光を出射す
   る出射面と、前記導光路を挟んで前記出射面の反対側に
   配置され、前記光を案内する反射面とを備え、前記出射
   面が、前記導入口からの距離に応じて前記光の拡散量を
   調整する凹凸による拡散パターンによる出射拡散量調整
   手段を備え、かつ前記反射面が、前記導入口からの距離
   に応じて前記光の拡散量を調整する凹凸による拡散パタ
   ーンによる反射拡散量調整手段を備えたことを特徴とす
   る液晶表示器のための導光板
2. 【請求項２】前記導光路は、前記導入口からの距離に応
   じて前記導光路の断面積が変化することを特徴とする請
   求項１に記載の液晶表示器のための導光板
3. 【請求項３】前記出射拡散量調整手段の凹凸による拡散
   パターンは、前記導光板の表面に梨地加工を施して形成
   したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液
   晶表示器のための導光板
4. 【請求項４】前記反射拡散量調整手段の凹凸による拡散
   パターンは、前記導光板の表面に梨地加工を施して形成
   したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液
   晶表示器のための導光板
5. 【請求項５】液晶表示器を背面から照明するために、光
   源からの光を導き、前記液晶表示器の背面から光を放射
   するための導光板において、 前記光源から光を導入するための導入口と、前記導入口
   から導入した光を案内するための導光路と、前記導光路
   に沿って前記液晶表示器側に配置され、前記光を出射す
   る出射面と、前記導光路を挟んで前記出射面の反対側に
   配置され、前記光を案内する反射面とを備え、前記出射
   面が、前記導入口からの距離に応じて前記光の拡散量を
   調整する出射拡散量調整手段を備え、かつ前記反射面
   が、前記導入口からの距離に応じて光の拡散量を調整す
   る反射拡散量調整手段を備え、さらに前記導光路の断面
   積は、前記導入口からの距離に応じて断面積が変化する
   ことを特徴とする液晶表示器のための導光板